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提高相控阵天线波束指向精度的方法

上海交通大学学报 2004年第2期38卷 233-235页

作者：沈文辉周希朗宫新保上海交通大学电子工程系上海200030

针对相控阵天线波束指向受数字移相器量化相位影响而偏离预定指向的问题,从理论上研究了二可能值法对相控阵天线波束指向的影响,并导出有效实用的理论公式.计算结果表明,本文所给出的理论公式是正确和有效的.

关键词：相控阵天线二可能值法波束指向

小规模天线阵列波束指向校准算法研究（英文）

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电子科技大学学报 2017年第5期46卷 692-696页

作者：李岩田步宁杨峰电子科技大学电子工程学院成都611731 中国空间技术研究院西安分院西安710000

基于有源方向图叠加原理和杂草入侵优化算法对小规模天线阵列的波束指向进行了校准。对于小规模阵列,由于天线单元之间的互耦导致阵中每个单元的方向图各不相同,如果使用阵因子理论对其配相,阵列无法扫描到期望的波束指向。为了考虑互... 详细信息

基于有源方向图叠加原理和杂草入侵优化算法对小规模天线阵列的波束指向进行了校准。对于小规模阵列,由于天线单元之间的互耦导致阵中每个单元的方向图各不相同,如果使用阵因子理论对其配相,阵列无法扫描到期望的波束指向。为了考虑互耦的的影响,利用有源方向图叠加原理合成整个阵列的方向图;再将杂草入侵优化算法和有源方向图叠加原理进行结合对每个单元的馈电相位进行优化。基于该混合算法,对一个7元平面阵列进行了优化,优化后的相位分布可以使该阵列扫描到期望的波束指向,解决了小规模阵列的波束指向偏差问题。

关键词：有源方向图波束指向杂草入侵优化算法小规模阵列

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波束指向可重构微带天线研究

波束指向可重构微带天线研究

作者：宁汐南京理工大学

学位级别：硕士

为实现高效、可靠的通信,无线系统正朝着多指向、定指向、可调指向等多功能方向发展。作为辐射部件,天线对系统的性能起着关键作用。传统天线功能单一、指向固定,严重限制了系统的智能化水平。而可重构天线具有结构紧凑、便携高效、多... 详细信息

为实现高效、可靠的通信,无线系统正朝着多指向、定指向、可调指向等多功能方向发展。作为辐射部件,天线对系统的性能起着关键作用。传统天线功能单一、指向固定,严重限制了系统的智能化水平。而可重构天线具有结构紧凑、便携高效、多功能等优点,逐渐成为近年来的研究热点。其中,高增益、多可调波束指向的方向图可重构天线因可用于部署灵活、高效的通信网络而受到了广泛关注。针对可重构波束指向数量和天线尺寸、增益等性能折中的问题,本文重点探究了在保证天线性能的基础上实现更多方向上的方向图指向可重构。研究内容主要包括以下三个方面:1.基于八木天线的引向器和反射器原理,提出了一款圆形单极子宽带双波束指向可重构天线。通过控制加载于长方形枝节与地板之间的二极管通断状态,天线可在两个相反方向上实现方向图可重构。实测结果显示天线在两种状态下的工作频段为2.65-3.05GHz,频段内平均增益为2.8d Bi,前后比大于7d B。该天线具有结构简单,尺寸较小,性能稳定等优点,在两个方向上实现了波束指向可重构。2.为增加波束指向重构的能力,基于多辐射体结构,本文提出一种平面单极子双频段四波束指向可重构天线。该天线通过控制八个二极管的通断改变电流强度,进而实现方向图可重构。天线具有两个模式,模式一时工作频段为2.67-2.81GHz,最大波束分别指向=90°,phi=20°、110°、200°以及290°;模式二时工作频段为3.09-3.21GHz,最大波束分别指向=90°,phi=70°、160°、250°以及340°。与同类型天线相比,该天线通过增加偏置电路,在不改变辐射体结构尺寸的前提下增加了可配置的波束指向数量。但不足在于电路元器件数量较多,损耗较大,且手工焊接的多个元件之间一致性较差,天线增益较低。此外天线波束扫描时工作频段也发生了改变,不适用于同频段多波位的应用场景。3.为简化电路,提高增益并在同一工作频段内实现更多可重构波束指向,本章设计了一款圆形微带八波束指向可重构天线。天线采用中心同轴馈电,引入了一定数量的短路柱以改善阻抗匹配。通过控制四个二极管的通断,天线可在2.95-3.05GHz实现上半空间锥形区域内八个方向的波束可重构,平均增益达6d Bi,前后比大于7d B。天线结构简单且性能较好,二极管数量少但可重构波束指向多,满足了设计初衷。本文通过研究方向图可重构天线的实现原理,优化了天线性能,为实现多波束指向可重构微带天线提供了新的思路。

关键词：方向图可重构微带天线 PIN二极管波束指向

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有源阵单元相位误差对波束指向的影响

哈尔滨工业大学学报 1996年第4期28卷 63-67页

作者：陈世耕邓维波单秋山王新哈尔滨无线电工程系

从实用观点出发，研究了高频天线阵单元相位误差对波束的影响．在进行了数学推导后，还讨论了实际应用中减小这种影响的具体办法．按这种方法实现了对有源天线单元的布置．

关键词：天线阵波束指向有源天线相位误差

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相控阵天线零相位误差法的波束指向分析

上海交通大学学报 2004年第z1期38卷 87-89页

作者：沈文辉周希朗彭根建上海交通大学电子工程系上海200030

受数字移相器量化相位影响,相控阵天线波束指向精度偏离预定指向.提出了零相位误差法用于改进波束指向精度的问题,并推导出零相位误差法提高指向精度的理论公式.计算结果表明,所给出的理论公式是正确和有效的.零相位误差法具有经济适用... 详细信息

受数字移相器量化相位影响,相控阵天线波束指向精度偏离预定指向.提出了零相位误差法用于改进波束指向精度的问题,并推导出零相位误差法提高指向精度的理论公式.计算结果表明,所给出的理论公式是正确和有效的.零相位误差法具有经济适用、便于实现的优点.它在现有硬件的基础上,可以有效地提高相控阵天线的波束指向精度,从而改善相控阵天线抗干扰的能力.在普遍使用的3位数字移相器情况下,波束指向的精度控制在0.012以内,大幅度提高了现有指向精度水平.

关键词：相控阵天线零相位误差法波束指向

地球同步轨道SAR“凝视”成像波束指向控制分析

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科学技术与工程 2014年第23期22卷 66-72页

作者：黄颜颜胡文龙江冕朱雪莹张浩龙中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室北京100190 中国科学院电子学研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

针对地球同步轨道星载合成孔径雷达(geosynchronous synthetic aperture radar,GEOSAR)"凝视"成像,分析其天线波束指向控制需求,定义天线波束二维指向角,提出天线波束二维步进式指向控制及同步与非同步控制方法,是一种有效地实现GEOSAR... 详细信息

针对地球同步轨道星载合成孔径雷达(geosynchronous synthetic aperture radar,GEOSAR)"凝视"成像,分析其天线波束指向控制需求,定义天线波束二维指向角,提出天线波束二维步进式指向控制及同步与非同步控制方法,是一种有效地实现GEOSAR天线波束控制的方法。应用成对回波理论分析天线波束二维指向控制对回波信号的影响,波束指向被控造成回波方位向信号的幅度调制,引起成对回波,定量分析波束指向控制步长与成对回波幅度和位置之间的关系,提出成对回波性能指标,为GEOSAR"凝视"天线波束指向控制步长的合理设计提供了依据。最后通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。

关键词：地球同步轨道SAR 波束指向波束指向控制成对回波

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大气折射对无线电波束指向的影响分析

现代防御技术 2009年第2期37卷 77-81页

作者：宋才水北京电子工程总体研究所北京100854

在利用无线电信号进行飞行器开环跟踪应用领域,大气折射误差是波束指向误差源之一。推导了在已知地面站与飞行器几何位置关系时,由大气折射引起的无线电波束指向仰角误差公式,并以GPS工作频率为例编程计算了大气折射仰角误差,并对文献[1... 详细信息

在利用无线电信号进行飞行器开环跟踪应用领域,大气折射误差是波束指向误差源之一。推导了在已知地面站与飞行器几何位置关系时,由大气折射引起的无线电波束指向仰角误差公式,并以GPS工作频率为例编程计算了大气折射仰角误差,并对文献[1]计算结果提出质疑,对比了仰角误差理论计算值与近似公式计算值的差别,给出了近似公式适用条件。

关键词：大气折射仰角误差波束指向

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相控阵天线波束指向精度研究

相控阵天线波束指向精度研究

作者：杨晋云西北工业大学

学位级别：硕士

随着电子对抗技术的发展和外空间目标探测、控制的需要，相控阵天线已经成为当今实用雷达天线发展的主流。其中可控数字移相器的使用，是相控阵天线优越性能实现的关键，但由此引入的相位量化误差，严重影响了相控阵天线的波束指向精度... 详细信息

随着电子对抗技术的发展和外空间目标探测、控制的需要，相控阵天线已经成为当今实用雷达天线发展的主流。其中可控数字移相器的使用，是相控阵天线优越性能实现的关键，但由此引入的相位量化误差，严重影响了相控阵天线的波束指向精度。为改善这一情况，本文对相位量化误差引起的相控阵天线波束指向精度问题进行了研究。首先以单脉冲相控阵天线测角原理为基本理论出发点，利用相位控制的坐标分离技术，基于线阵、圆形阵等简单形式的相控阵天线，推导了平面阵、圆柱面阵等相控阵天线由相位量化误差引起的波束指向误差公式。接着，通过仿真实例比较了舍尾法、二可能值法、递推补偿馈相法、递推比较补偿馈相法等几种提高波束指向精度方法的优劣。二可能值法是一种随机馈相法，引入了噪声，反而使相控阵天线的波束指向精度大为降低。递推补偿馈相法和递推比较补偿馈相法的效果比较好，尤其是后者，不论是波束指向误差的极大值还是均方差都比舍尾法的小得多。不过，本文中只对简单形式的共形阵天线，如圆形阵、圆柱面阵天线进行了分析，复杂的不规则的共形阵天线的情况还有待于进行进一步的研究。

关键词：相控阵相位量化波束指向坐标分离递推补偿递推比较补偿

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空间太阳能电站演示系统波束指向控制研究

空间太阳能电站演示系统波束指向控制研究

作者：王耀灵西安电子科技大学

学位级别：硕士

空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS)是一个在太空中将太阳能收集并转换为电能,然后通过无线能量传输装置传回地面,再经由地面接收装置转换为地面电力的系统。在论证空间太阳能电站的可行性等各项指标时需要在地面建立一个S... 详细信息

空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS)是一个在太空中将太阳能收集并转换为电能,然后通过无线能量传输装置传回地面,再经由地面接收装置转换为地面电力的系统。在论证空间太阳能电站的可行性等各项指标时需要在地面建立一个SSPS地面演示系统。SSPS地面演示系统由三个子系统组成:发电系统、能量发射系统、能量接收系统。在整个演示系统中,能量发射系统是非常重要的一个部分。本文将针对SSPS地面演示系统中的能量发射系统,对微波发射天线的波束指向控制进行研究与设计,主要工作如下:1、设计发射天线的波束指向机调控制系统。在SSPS地面演示系统中,聚光器需要依照功能设计在空间中做跟日运动,而聚光器的运动在结构上会带动安装在聚光器上的发射天线运动,使得发射天线在空间中的姿态发生改变。所以为了使发射天线在空间中保持水平姿态,需要对发射天线的硬件平台做机械调整(简称机调),使其在空间中的姿态不被外界环境所影响,为后续的电扫描控制(简称电调)做基础。为实现该要求,本文设计了基于ARM的PID控制系统,并对传统的PID控制算法进行了改进。最终通过控制发射天线X轴、Y轴的伺服电机对微波发射天线俯仰角和横滚角调整,实现对发射天线空间姿态的快速、稳定、准确调整。2、设计发射天线的波束指向电调控制系统。首先,通过对SSPS地面演示系统中发射天线的组成原理分析,确定了电调控制系统的实现方法为分布式波束控制架构:1级波控母板+177级波控子板。接着,针对波控母板在电调系统中的所承担的功能,设计了由ARM+FPGA组成的波束控制母板,其中ARM负责通过算法计算波束指向中的各种信息,包括发射天线坐标、天线阵内相位差等;FPGA则负责通信控制。最后,根据天线单元通道中发射组件(Transmitter Assembly,T组件)的工作特点,设计了基于STC15的波束控制子板,实现对单个天线单元的开关控制、移相控制等。通过此电调控制系统,可以使177路天线单元合成后的波束对准地面接收天线,实现收发天线之间最大效率地传输微波能量。3、设计了波束指向控制系统的通信系统。结合SSPS地面演示系统中发射天线与地面总控平台的实际情况,综合传输距离和数据传输可靠性,设计了波束控制母板与地面PC主控机以及177个波束控制子板之间的通信系统:通过2.4G模块实现波束控制母板与地面总控平台的双向通信;通过485通信的方式实现波束控制母板与177个分布式的波束控制子板双向通信。最后搭建测试平台,完成发射天线波束指向测试以及测试结果分析。结果表明本波束指向控制系统满足发射天线波束指向的功能需求和技术指标。

关键词： SSPS演示系统微波传能相控阵天线波束指向 PID控制